文／鮑永健、賈大煥 中國(guó)核電工程有限公司鄭州分公司 河南鄭州 450000

引言：

伴隨城市現(xiàn)代化建設(shè)和汽車業(yè)的飛速發(fā)展，城市地下空間的開(kāi)發(fā)利用日益受到政府及地產(chǎn)主的重視，地下室的層數(shù)和深度也日趨增長(zhǎng)；對(duì)于地下工程，特別是在高水位地區(qū)，地下車庫(kù)的抗浮問(wèn)題在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不可避免。地下工程的抗浮設(shè)計(jì)是否合理，直接關(guān)系到工程的安全可靠和工程造價(jià)，應(yīng)引起設(shè)計(jì)人員的高度重視。本文著重對(duì)地下車庫(kù)抗浮設(shè)計(jì)中最為關(guān)鍵的基礎(chǔ)抗浮設(shè)計(jì)加以論述，并結(jié)合工程實(shí)踐，提出合適的抗浮設(shè)計(jì)方案，可為相關(guān)工程設(shè)計(jì)提供參考。

1.抗浮設(shè)計(jì)的原理

地下室底板、地下室外墻和地庫(kù)頂板形成一個(gè)密閉的空心整體，其所受的水浮力相當(dāng)于其排開(kāi)抗浮水位以下水的重量?？垢≡O(shè)計(jì)首先必須保證地下結(jié)構(gòu)整體不上浮，以免導(dǎo)致上部構(gòu)件破壞；整體抗浮滿足后，還需保證底板、側(cè)墻等局部構(gòu)件能承擔(dān)水浮力荷載而不破壞；因此，地下車庫(kù)的抗浮設(shè)計(jì)包含整體抗浮和局部抗浮兩部分。

1.1 抗浮水位的確定

地下工程的抗浮設(shè)計(jì)水位是水浮力計(jì)算的前提條件。依照現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范[1]要求，工程需要時(shí)，巖土工程勘察報(bào)告需提供用于計(jì)算水浮力的設(shè)防水位?？辈熨Y料未提供時(shí)，應(yīng)取建筑物設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)可能產(chǎn)生的最高水位。鑒于抗浮設(shè)防水位的重要性及復(fù)雜性，對(duì)情況特殊的重要工程，需論證使用期間水位變化，對(duì)抗浮設(shè)防水位提出應(yīng)進(jìn)行專門(mén)研究分析。

抗浮設(shè)防水位與地下車庫(kù)相對(duì)關(guān)系如下圖1圖2所示：

圖1 抗浮設(shè)防水位與地庫(kù)相對(duì)關(guān)系A(chǔ)

圖2 抗浮設(shè)防水位與地庫(kù)相對(duì)關(guān)系B

圖3 地庫(kù)剖面

水浮力作用值為：

1.2 整體抗浮

工程基礎(chǔ)抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算如下所示[1]：

1.3 局部抗浮

局部抗浮容易在工程中被忽視，主要針對(duì)抗水板的抗浮分析，以及特殊部位（基礎(chǔ)底板、車道、開(kāi)洞區(qū)域等）局部自重小于水浮力，需對(duì)進(jìn)行局部抗浮驗(yàn)算和穩(wěn)定設(shè)計(jì)。

2.抗浮措施及應(yīng)用

當(dāng)基礎(chǔ)抗浮驗(yàn)算無(wú)法滿足上式（1.2.1）時(shí)，需采用必要的抗浮措施，保證基礎(chǔ)安全。應(yīng)用于地下車庫(kù)的抗浮措施較多，有配重法、抗拔樁、抗浮錨桿、降排截水、摩擦抗浮等。當(dāng)?shù)叵萝噹?kù)水頭壓力不大，地庫(kù)本身覆土重、自重接近時(shí)優(yōu)先采取配重法抗浮；地庫(kù)框柱軸力大且水頭壓力不大時(shí)，可采取抗拔樁；地庫(kù)水頭壓力大，框柱軸力及覆土自重一般時(shí)，抗浮錨桿更經(jīng)濟(jì)適應(yīng)。

2.1 配重法

配重法是最簡(jiǎn)便、直接且通用的抗浮措施，不受地質(zhì)條件、施工環(huán)境影響，施工簡(jiǎn)單且造價(jià)低，常作為抗浮措施首選；通常在車庫(kù)頂板或底板增設(shè)覆土或回填層，利用回填物增加工程自重，或?qū)⒌貛?kù)底板延伸，利用外伸部分的覆土增加配重。當(dāng)?shù)叵萝噹?kù)自身重度與浮力相差不多時(shí)，優(yōu)先選用配重法；當(dāng)?shù)叵萝噹?kù)自身重度與浮力相差較大時(shí)，配重法會(huì)增加工程量提高土建造價(jià)，弊大于利。

2.2 抗拔樁

抗拔樁利用樁體自重和樁側(cè)摩阻力來(lái)提供抗拔力，樁型種類多：灌注樁、預(yù)應(yīng)力管樁、人工挖孔樁等；抗拔樁不僅具有抗拔承載力，更具有較高的抗壓承載力；抗拔樁主要集中布置與墻、柱荷載下，同時(shí)作為抗壓樁，能夠同時(shí)解決上部結(jié)構(gòu)抗壓承載力問(wèn)題，但由于抗拔樁間距較大，需要較厚的底板來(lái)解決底板的抗浮問(wèn)題，且抗拔樁受環(huán)境條件、施工影響較大，造價(jià)較高。

2.3 抗浮錨桿

抗浮錨桿利用錨桿與砂漿組成的錨固體與土層的結(jié)合力作為抗浮力，與抗拔樁的受力有相似之處，但有其自身特點(diǎn)?？垢″^桿在抗浮實(shí)踐中又分為普通錨桿和高壓噴射擴(kuò)大頭錨桿，其中高壓噴射擴(kuò)大頭錨桿作為一種新型的錨固結(jié)構(gòu)，相對(duì)于普通錨桿抗拔力大、位移小，其造價(jià)相對(duì)低廉、受力合理、施工方便，符合我國(guó)節(jié)能降耗的產(chǎn)業(yè)政策方向，近年來(lái)被廣泛推廣應(yīng)用。

3.某大型地下車庫(kù)抗浮錨桿設(shè)計(jì)實(shí)例

3.1 工程概況

某大型地下車庫(kù)位于開(kāi)封市，與汴西湖相鄰；其地上4F 商業(yè)，地下2F 地下車庫(kù)，剖面如下圖16 所示；場(chǎng)地地下水屬第四系松散巖類孔隙潛水，地下水的補(bǔ)給主要為場(chǎng)區(qū)東側(cè)汴西湖湖水側(cè)滲、大氣降水及生活用水下滲，水位隨季節(jié)有一定波動(dòng)，年變化幅度1.0m-3.0m。地勘報(bào)告提供抗浮設(shè)防水位絕對(duì)標(biāo)高為74.29m（相對(duì)標(biāo)高為-1.91m），基礎(chǔ)頂標(biāo)高為-9.300，施工期間需持續(xù)降水。

3.2 整體抗浮驗(yàn)算及抗浮措施

3.3 抗浮錨桿計(jì)算

本工程采用承壓型囊式擴(kuò)體錨桿作為永久抗浮構(gòu)件，有效長(zhǎng)度為14.0m，其中普通錨固段長(zhǎng)度8.0m(直徑180mm),擴(kuò)大頭長(zhǎng)度6.0m(直徑850mm);旋噴擴(kuò)體錨固段置入第8 層粉砂層。依據(jù)規(guī)范[2]抗浮錨桿抗拔特征值計(jì)算如下：

依據(jù)公式計(jì)算，得：

同時(shí)對(duì)錨桿桿體強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算，采用1 根Φ36 的PSB1080 級(jí)精軋螺紋鋼能夠滿足材料強(qiáng)度要求。根據(jù)《囊式擴(kuò)體抗浮錨桿檢測(cè)報(bào)告（基本試驗(yàn)）》的結(jié)果，最終設(shè)計(jì)錨桿抗拔力特征值取580kN，工程錨桿抗拔力驗(yàn)收值870kN（永久性錨桿≥1.5 倍特征值）。擴(kuò)體抗浮錨桿剖面見(jiàn)圖4。

圖4 擴(kuò)體抗浮錨桿剖面圖

3.4 錨桿的合理布置及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

相對(duì)于柱下集中布置灌注樁的抗浮方式，抗浮錨桿的布置更為靈活。在地下車庫(kù)范圍滿堂均勻布置錨桿為常見(jiàn)的布置方式，對(duì)于本工程，采用擴(kuò)大頭錨桿，單根錨桿承載力較高，為高效利用抗浮錨桿的承載力，考慮柱、墻等豎向構(gòu)件傳遞上部結(jié)構(gòu)荷載到基礎(chǔ)底板，在其影響范圍內(nèi)可抵消部分水浮力，因此該范圍可少布置或不布置錨桿；而在柱跨中間板塊區(qū)域，上部結(jié)構(gòu)荷載影響較小，所受水浮力的合力最大，在此處宜進(jìn)行集中布置，這樣的布置方式可充分發(fā)揮錨桿的作用，同時(shí)使得板塊中部區(qū)域更加安全可靠。

本工程基礎(chǔ)采用筏板下柱墩形式，上部結(jié)構(gòu)荷載通過(guò)豎向構(gòu)件傳遞給基礎(chǔ)，通過(guò)基礎(chǔ)自身剛度調(diào)節(jié)分配基底壓力，根據(jù)上部結(jié)構(gòu)荷載影響區(qū)域內(nèi)基底壓力的大小確定布置方式。具體錨桿布置原則為：恒載作用下，當(dāng)上部結(jié)構(gòu)荷載影響區(qū)域內(nèi)的基底壓力大于水浮力時(shí)，該區(qū)域內(nèi)可不布置錨桿，而僅在荷載影響區(qū)域外的純底板抵抗區(qū)域均勻布置；當(dāng)上部結(jié)構(gòu)荷載影響區(qū)域內(nèi)的基底壓力小于水浮力時(shí)，影響區(qū)域內(nèi)布置錨桿a，在純底板抵抗區(qū)域內(nèi)布置錨桿b。

本工程地庫(kù)筏板厚度采用650mm，標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)8.4X 8.4m，筏板厚跨比小于1/6；恒載作用下，筏板基底壓力在柱下分布區(qū)域成島狀，純底板區(qū)域基底壓力較小。錨桿布置方式及錨桿拉力如圖5 所示，錨桿布置間距2.8mX2.8m，根據(jù)基底壓力情況布置錨桿，可見(jiàn)，合理布置錨桿時(shí)，既充分利用了建筑物自重抗浮，又保證了底板中部抗浮的安全性，錨桿拉力較為均勻。

圖5 筏板基礎(chǔ)下錨桿布置圖及錨桿拉力圖

合理布置抗浮錨桿時(shí)，筏板中部水浮力依靠錨桿解決，底板厚度滿足錨桿在筏板內(nèi)的鎖定、底板錨固端抗沖切驗(yàn)算情況下即可，不受水浮力控制，根據(jù)計(jì)算結(jié)果按0.15%配筋率即可滿足受力需求。

結(jié)語(yǔ)：

本文從抗浮設(shè)計(jì)理論著手，結(jié)合工程實(shí)例，得出以下結(jié)論：

（1）配重法是最簡(jiǎn)便、直接且通用的抗浮措施，當(dāng)?shù)叵萝噹?kù)自身重度與浮力相差不多時(shí)，優(yōu)先選用配重法。

（2）抗壓樁兼抗拔樁集中布置，受力概念明確；但地下室底板的厚度、配筋較大，底板局部抗浮未有效利用抗拔樁，經(jīng)濟(jì)效益差。

（3）抗浮錨桿根據(jù)柱、墻、梁等荷載影響區(qū)域和純底板抵抗區(qū)域不同模式下，合理優(yōu)化布置錨桿，既能充分利用建筑自重抗浮，又能解決底板局部抗浮的問(wèn)題。